الاتجاهات في قدرات شحن السيارات الكهربائية

قد يبدو نمو سوق السيارات الكهربائية أمرًا لا مفر منه: فالتركيز على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، والمناخ السياسي الحالي، والاستثمار من قبل الحكومة وصناعة السيارات، والسعي المستمر لمجتمع كهربائي بالكامل، كلها تشير إلى نعمة في السيارات الكهربائية. ومع ذلك، حتى الآن، واجه اعتماد المستهلكين على نطاق واسع للسيارات الكهربائية عوائق بسبب فترات الشحن الطويلة ونقص البنية التحتية للشحن. يعالج التقدم في تكنولوجيا شحن السيارات الكهربائية هذه التحديات، مما يتيح الشحن الآمن والسريع في المنزل وعلى الطريق. تشهد مكونات الشحن والبنية التحتية ارتفاعًا لتلبية احتياجات سوق السيارات الكهربائية سريعة النمو، مما يمهد الطريق لنمو هائل في مجال النقل الكهربائي.

القوى الدافعة وراء سوق السيارات الكهربائية

لقد تزايد الاستثمار في السيارات الكهربائية منذ عدة سنوات، ولكن تم التأكيد على الاهتمام والطلب المتزايد من قبل العديد من قطاعات المجتمع. لقد سلط التركيز المتزايد على الحلول المناخية الضوء على أهمية السيارات الكهربائية - حيث أصبحت القدرة على تقليل انبعاثات الكربون الناتجة عن محركات الاحتراق الداخلي والاستثمار في نقل الطاقة النظيفة هدفًا واسع النطاق للحكومة والصناعة على حدٍ سواء. وهذا التركيز على النمو المستدام والحفاظ على الموارد الطبيعية يدفع التكنولوجيا أيضًا إلى الاتجاه نحو مجتمع كهربائي بالكامل - عالم ذو طاقة غير محدودة يعتمد على الموارد المتجددة دون انبعاثات ضارة.
تنعكس هذه المحركات البيئية والتكنولوجية في أولويات التنظيم والاستثمار الفيدرالي، لا سيما في ضوء قانون الاستثمار في البنية التحتية والوظائف لعام 2021، الذي خصص 7.5 مليار دولار للبنية التحتية للمركبات الكهربائية على المستوى الفيدرالي، و2.5 مليار دولار لمنح البنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية وإعادة التزود بالوقود، و5 مليارات دولار لصالح البرنامج الوطني لشحن المركبات الكهربائية. تسعى إدارة بايدن أيضًا إلى تحقيق هدف بناء وتركيب 500000 محطة شحن بالتيار المستمر في جميع أنحاء البلاد.

ويمكن رؤية هذا الاتجاه أيضًا على مستوى الدولة. تسعى ولايات، بما في ذلك كاليفورنيا وماساتشوستس ونيوجيرسي، إلى إصدار تشريعات لاحتضان السيارات الكهربائية بالكامل. تؤثر الإعفاءات الضريبية وحركة Electrify America والحوافز والتفويضات أيضًا على المستهلكين والمصنعين على حد سواء لتبني حركة السيارات الكهربائية.

وينضم صانعو السيارات إلى التحرك نحو السيارات الكهربائية أيضًا. تقدم شركات صناعة السيارات الرائدة، بما في ذلك جنرال موتورز، وفورد، وفولكس فاجن، وبي إم دبليو، وأودي، نماذج جديدة من السيارات الكهربائية باستمرار. وبحلول نهاية عام 2022، من المتوقع أن يكون هناك أكثر من 80 طرازًا من السيارات الكهربائية والهجينة المتوفرة في السوق. هناك عدد متزايد من الشركات المصنعة للمركبات الكهربائية الجديدة التي تنضم إلى السوق أيضًا، بما في ذلك Tesla وLucid وNikola وRivian.

وتستعد شركات المرافق أيضًا لمجتمع يعمل بالكهرباء بالكامل. من المهم أن تظل المرافق في الطليعة عندما يتعلق الأمر بالكهرباء من أجل استيعاب الطلب المتزايد، وستكون هناك حاجة إلى البنية التحتية الحيوية بما في ذلك الشبكات الصغيرة على طول الطرق السريعة من أجل استيعاب محطات شحن الطاقة. ويكتسب الاتصال من السيارة إلى الشبكة أيضًا قوة جذب على طول الطرق السريعة.

حواجز الطرق أمام النمو

وبينما يتزايد الزخم لاعتماد السيارات الكهربائية على نطاق واسع، فمن المتوقع أن تؤدي التحديات إلى إعاقة النمو. في حين أن الحوافز ستشجع المستهلكين أو الأساطيل على التحول إلى السيارات الكهربائية، إلا أنها قد تأتي مع مشكلة - قد يكون هناك اتجاه للمركبات الكهربائية لتكون قادرة على التواصل مع البنية التحتية لتتبع المسافة المقطوعة، مما يتطلب ابتكارات تكنولوجية وبنية تحتية للاتصالات الخارجية.

إحدى أكبر العوائق التي تحول دون اعتماد السيارات الكهربائية على مستوى المستهلك هي البنية التحتية للشحن الموثوقة والفعالة. ستكون هناك حاجة إلى ما يقدر بنحو 9.6 مليون منفذ شحن بحلول عام 2030 لاستيعاب النمو المتوقع لسوق السيارات الكهربائية. ما يقرب من 80% من هذه المنافذ ستكون أجهزة شحن منزلية، وحوالي 20% ستكون أجهزة شحن عامة أو في مكان العمل. في الوقت الحالي، يتردد المستهلكون في شراء سيارة كهربائية بسبب القلق بشأن المدى - القلق من أن سيارتهم لن تكون قادرة على القيام برحلة طويلة دون الحاجة إلى إعادة شحنها، وأن محطات الشحن لن تكون متاحة أو فعالة عند الحاجة.

يجب أن تكون أجهزة الشحن العامة أو المشتركة على وجه الخصوص قادرة على توفير إمكانات شحن عالية السرعة وشبه ثابتة على مدار الساعة. من المحتمل أن يحتاج السائق الذي يتوقف عند محطة شحن على طول الطريق السريع إلى شحن سريع عالي الطاقة - حيث ستكون أنظمة الشحن عالية الطاقة قادرة على منح المركبات بطارية شبه مشحونة بالكامل بعد بضع دقائق فقط من الشحن.

تتطلب أجهزة الشحن عالية السرعة اعتبارات تصميمية محددة لتعمل بشكل موثوق. تعد قدرات التبريد السائل ضرورية للحفاظ على دبابيس الشحن في درجة حرارة مثالية وإطالة الوقت الذي يمكن فيه شحن السيارة بتيارات أعلى. في مناطق الشحن كثيفة المركبات، سيؤدي الحفاظ على تبريد دبابيس الاتصال إلى إنشاء شحن عالي الطاقة فعال ومتسق وموثوق لتلبية التدفق المستمر لطلب شحن المستهلك.

اعتبارات تصميم الشاحن عالي الطاقة

يتم تصنيع شواحن السيارات الكهربائية بشكل متزايد مع التركيز على تحسين المتانة وقدرات الشحن عالية الطاقة لتلبية احتياجات سائقي السيارات الكهربائية والتغلب على القلق بشأن المدى. أصبح شاحن EV عالي الطاقة بقوة 500 أمبير ممكنًا بفضل نظام التبريد والمراقبة السائل - يتميز حامل الاتصال في موصل الشحن بالتوصيل الحراري ويعمل أيضًا كمشتت حراري حيث يبدد المبرد الحرارة عبر قنوات التبريد المدمجة. تحتوي هذه الشواحن على مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار، بما في ذلك أجهزة استشعار تسرب سائل التبريد ومراقبة دقيقة لدرجة الحرارة عند كل اتصال بالطاقة لضمان عدم تجاوز الدبابيس 90 درجة مئوية. إذا تم الوصول إلى هذا الحد، فإن وحدة التحكم في الشحن في محطة الشحن تقلل من خرج الطاقة للحفاظ على درجة حرارة مقبولة.

يجب أيضًا أن تكون أجهزة شحن المركبات الكهربائية قادرة على تحمل التآكل والصيانة بسهولة. تم تصميم مقابض شحن المركبات الكهربائية بحيث تتحمل التآكل والتمزق، كما أن التعامل القاسي مع مرور الوقت الذي يؤثر على وجه التزاوج أمر لا مفر منه. على نحو متزايد، يتم تصميم أجهزة الشحن بمكونات معيارية، مما يسمح باستبدال وجه التزاوج بسهولة.
تعد إدارة الكابلات في محطات الشحن أيضًا أحد الاعتبارات المهمة لطول العمر والموثوقية. تحتوي كابلات الشحن عالية الطاقة على أسلاك نحاسية وخطوط تبريد سائلة وكابلات نشاط، ومع ذلك لا يزال يتعين عليها تحمل السحب أو القيادة. تشمل الاعتبارات الأخرى المزالج القابلة للقفل، والتي تسمح للسائق بمغادرة (نمطية الوجه المتزاوج مع رسم توضيحي لتدفق سائل التبريد) شحن سيارته في محطة عامة دون القلق من قيام شخص ما بفصل الكابل.